max1879改四线的想法和实践！

cooldiy_cn

       我一直在为一个目标而努力，就是在2小时以内将手机的锂聚合物电池充满。但是说起来容易做起来却很难。因为锂离子与镍氢不同，采用cccv方式充电。因此后半段限压充电比较慢。雪上加霜的是，由于充电过程中存在线阻的问题，使cv段提前到来，且时间延长。

      坛友们或许都认为max1879是检测“离线电压”，可以较为有效避免线阻的影响。我也曾经这样认为过。而且diy过用1879的万能充，当然那时没有恒流，只能用电阻限流。发现效果并不理想，1879的充电速度甚至比不过同样电源驱动的4056和双4057。。。这让我大惑不解。不过有一点是肯定的，就是一插上电源，大约2-5分钟指示灯就快速闪动了。当时我以为是前级限流电阻取值不当，或者电源打嗝。。。理由是把电阻改大能延迟一些闪烁。后来仔细阅读了gumphe的文章，加上认真研究了下ebd记录充电器的曲线，才发现原来真正的凶手竟然是万恶的线阻。
      去年做的1879充电器是中间的黄色强中王方舟神力，改造的海陆通是左边那个。另一个曾经是1879，后来改成4056。

     为了让大家了解为啥线阻对1879的充电过程有影响，有必要从理论上说明下1879 的充电逻辑。这里要感谢gumphe大神用示波器记录下了1879的充电波形。我自己是没有这个条件的。max1879的充电逻辑可分为5段。
       1、恒流充电段。这段时间，max1879会以恒流充电，只是每隔7s会暂停一下充电。具体表现为，指示灯会短暂闪烁一下。至于这个暂停的目的，坛友估计会觉得，这是在检测离线电压把？然而事实是残酷的，max1879的恒流充电段（指示灯慢速闪烁）结束是以“在线电压”达到4.205V为依据的，并不是所谓的“离线电压”。这一点在gumphe的文章用示波器观察1879充电的图中清清楚楚，同样表现在我的ebd观察结果中，虽然不是那么清楚。这个暂停到底做什么用我也不知道。
       2、在线电压控制的恒压段。恒流充电阶段结束之后，1879开始进行脉冲充电，指示灯快速闪烁，1879输出占空比逐渐变化的脉冲方波。这个过程中1879通过逐渐减少输出脉冲的占空比使“在线电压”维持在4.2v。这个阶段的结束是以脉冲的占空比降低为50%为依据的。
       3、半电流恒流阶段。在这个阶段中，1879稳定输出占空比为50%的方波，等效于用50%电流恒流充电。并同时检测“离线电压”。当“离线电压”到达4.2v时，这段结束。
       4、离线电压控制的恒压段。在这个阶段中，1879检测“离线电压”，通过逐渐减少脉冲的占空比，来维持4.20v的“离线电压”。当占空比小于8%-10%（和线性芯片的1/10充电电流相当）时转灯。此阶段结束。
       5、涓流阶段。1879检测离线电压，维持4.20v，继续减少脉冲占空比。6小时后，涓流阶段结束。

       从1879的充电逻辑可知道，1、2两段与普通线性充电器的充电逻辑并无二致。只是改变充电电流的方式由线性调节改为了脉冲调节罢了。因此一直到充电电流减为1/2恒流值之前，1879的特性和普通cc-cv充电器相比是相同的。甚至由于恒流阶段每隔7s的一个短脉冲，还要略微慢那么一点。线阻会显著缩短第一段的时间，提早进入第二阶段，而且同样会延长第二阶段的时间，所以说线阻对于1879影响很小的说法，到此已经不攻自破了。

       接下来额3、4段是1879充电快于普通cccv充电器的关键。通过检测离线电压的方式，较为有效的避免了线阻的影响。

       也许有人会问一个问题，离线电压4.2v电池不是就充满了么，怎么还有个离线电压恒压段？在这里我要说，离线电压不等于电池的“静止电压”。啥是“静止电压”呢？就是电池在足够长的一段时间内，既没有充电、也没有放电（或者这两者小到可以忽略），从而使内部化学反应都达到平衡而停止的一个状态下，电池的电压。这么说当然有点深奥。简单的说，停止充放电，并放置电池直到电池电压基本稳定，就是静止电压。由于1879的脉冲时间是34ms、69ms（yzx的万能充）、137ms可调，因此事实上脉冲的停充时间电池根本不可能达到静止电压。

       静止电压和停充瞬间离线电压差值，就是电池的极化超电压。即电池在充电过程中实际上除了电线电阻、电池内阻 还有一个极化超电压，极化超电压的建立和消除都需要一定时间。要迅速消除这个极化超电压，可以通过短时间大电流放电，即反向建立极化超电压。这就是双脉冲充电的基本思想，可以通过负脉冲得到较为接近的静止电压。不过需要增加一个mos用来放电。由于锂电的极化超电压不明显，因此除非要进行超快速充电，不需要特地消除。铅酸、镍氢、镉电池极化超电压在充电后半段特别显著，可达0.3v-0.7v（在强极化的条件下，极化电势的公式是V=c log i，c是常数，i是电流密度。）如果电流较大，会造成非常明显的发热。因此，30分钟充电器等超快速充电器，都有负脉冲的设计，以便迅速消除掉极化。某些30分钟洋垃圾的负脉冲驱动电路或者mos损坏了，就会造成电池充电异常巨烫。。。

       说到这里，我忽然想起了一个论坛公敌，牛沃cl-110。号称采用了双脉冲充电能够修复电池云云。。。观其**照，电路板上确实有两个大大的mos。的确是用了正负脉冲，否则一个mos也就够了。其实我知道采用双脉冲的真正目的才不是修复电池，锂离子也不像铅酸能够通过负脉冲修复。因为锂离子的老化不是晶粒粗化而是晶体结构坍缩导致的，是不可逆转的。实际上，牛沃是采用负脉冲来快速消除超电势，从而使“离线电压”尽量接近“静止电压”。这样就能让充电器后期充电速度也能飞快，同时在一定程度上抑制快速充电对于电池的损伤。因为快速充电时高的极化过电压加速电解液的氧化。如果用超过1C充电，到了后期在线电压超过4.3v，正极就可能会开始分解电解液。这个对于老化电池更加明显。这也是为啥max1879偶然有把聚合物充怀孕的事情发生，主要是国产电池的配方不怎么好，电解液分解电压太低导致的。所以采用负脉冲，才能在充电后期依然保持较高速度充电，同时不会显著影响寿命。根据说明，cl-110能够1小时充满1200mah的非智能机机电池、1.5小时充满1800mah智能机电池的。这个速度好像挺慢的是吧。。。其实不然。我之前用ebd 1.8C充电一节1200mah的诺基亚电池才达到1小时充到4.2v满电。最悲剧的是电池充满之后鼓的都塞不进手机了。。。cl-110就算再怎么吹，总不能一次就把电池充到鼓起把。。。所以负脉冲是提高充电速度的有效手段。当然我没有买过cl-110，也买不起那么贵的产品。。。不过看了裸图还是很想买个研究的。虽然它的电路有高低压爬电距离太小的问题，因为电路过于复杂，体积又不能太大的缘故。或许这货应该参考水果的绿点加绝缘片提高爬电距离。

       上面一段扯远了。回到max1879本身。既然线阻严重影响1879的发挥，那该怎么办呢？很显然应该上四线制。啥是四线制？简单来说，就是把电压检测和电流输入用不同的线路接到电池的正负极，这样检测到的电压是电池端电压，不包括线阻的压降。这样就要用到4条线，两条电压检测、两条输入充电电流。像tp4056这种电压检测和电流输出都用同一条引脚的设计，是不可能改成4线的。1879由于电流输出靠的是外部的mos完成，有独立的电压检测引脚，因此可以改造成为四线制的。其他的芯片，如果有独立的电压检测，且电流检测电阻不是在输出侧接入，理论上也能改为4线。tp5000或许也可以改不过检流电阻也要挪电池端。


       max1879的第六脚是GND，第八脚是BATT，即电压检测。两者之间的电压就是1879 实际检测到的电池电压。因此要改造的思路就很简单了。切断第六脚与第八脚和板上地端、mos输出的联系。然后改接到电池端电池夹具的正极和负极上。要尽量接到接近电池的地方，这样就会准确。说起来容易，实际上切断的时候还弄坏了一个1879。。。主要是这个板子yzx的1879自动极性是双层的，得找到gnd的穿孔位置 然后电钻破坏。一开始找到一个，但是电钻钻透后万用表实测还是通的。然后又打了一个，发现打错了。。。不得不飞线焊回去。。。       最后又在IC正下方找到一个。。。一狠心钻掉，终于ok了。
打洞的效果如图：
画绿圈是正确的，红圈是打错的。。。


       不过问题又来了，这块1879是YZX智翔电子的自动极性板，还有个自动极性部分。为此，需要为电池电压检测也增加另外的mos自动极性板。这里用的是铭记小铺hjiaming的2mos自动极性，以便减小体积，这样才能塞进海陆通万能充里面。不过这个板比较难焊接，因为空间很憋屈。加上之后把导线焊接到这个万能充的脚末端。实际上两条电流线可以直接焊到原来的导电片上，这样焊接是之前企图用铜线代替铁片降低线阻的结果。











       焊接完毕，于是上电，指示灯正常。于是找来两块手机电池。都是我目前在用的。一颗是国产的仿电，标称1600mah，实际是1300mah的电芯。用了整一年，容量下降了300mah。内阻增大了许多。另一颗是htc手机原配的1600mah电池。用了一年，容量下降了200mah，但是内阻依然很小。之前改造1879的时候这两颗电池我都测量过充电曲线。正好可以看看效果。

首先是老化的仿电，可以看到两线下一插电就是第二阶段。。。

改四线。

可以看到，恒流第一阶段的时间延长了许多。
接下来上个对比。

可以看到充电时间缩短的并不多。因为此时主要矛盾是电池内阻大，极化超电势也高。
用原装的内阻小的电池测试，如图：
首先是两线的。

可以看到，虽然电池内阻不大，但是依然很快进入第二阶段，电压此时还远没有达到4.2v。
改四线的：

很喜人的是，电池长时间处于第一阶段。一直到电压为4.2v。后面阶段明显缩短。
对比图：

充电时间整整缩短了30分钟之多！
最后上个去年的强中王改1879：

可以明显看到几个不同的阶段。

xzxyjs

不懂     

megan

切断那么麻烦，你直接飞两根线过去？

弟弟哥哥

楼主大块文章，不错，楼主辛苦了，是个人才{:1_305:}

100MHz

自己用单片机做，想怎么搞就怎么搞

MYHALY

精神可嘉。

soundwin

支持下楼主！

LESLIE123

用于电压检测的两线，可以做到不走充电电流？

talentfish

楼主的试验很不错。以前也用1879充电池，后发发现用1879充电池久了，电池会鼓包。

cckjzwater

lz真厉害。佩服佩服。

cooldiy_cn

LESLIE123 发表于 2013-4-30 10:27

                               
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用于电压检测的两线，可以做到不走充电电流？

是啊 用于电压检测的两线 仅仅和1879本身有联系，与负责通过电流的回路没有联系。

ppanda

这个或许是有效的，检测线离被测电池越近越好，毕竟在线充电时测量端还是要参与检测电压指标的。支持折腾

sakurayy

好贴

ryb

很强大的理论啊！

shj117

很认真 赞一个！

100MHz

移动电源用不错，万能充要2个自动极性

霞霞霞霞虾

支持一下~{:4_326:}

davidtam

不错，技术文章
要是确实有效的话，是1879应用的一大突破
实际改不用动线路板吧，直接把第6、8脚翘起来接线过去简单得多

wu249173994

楼主辛苦了，1879恒流阶段的暂停是为了避免像线性充电大电流时那样因为温度高而降低电流或者烧坏芯片，才能真正保持大电流快速充电。并不像很多兄弟说的检测离线电压。

花瀛

先顶后看，